第二章半导体三极管

第2章半导体三极管2.1三极管的结构、符号及分类2.1.1

三极管的结构与符号2.1.2

三极管的分类2.1.3

三极管的外部结构2.2

三极管的电流分配与放大作用2.2.1

载流子的运动及各电极电流的形成

2.2.2

电流放大作用

2.2.3电流分配关系的测试

第2章半导体三极管2.3三极管的特性曲线2.3.1

输入特性曲线2.3.2

输出特性曲线2.4

三极管的主要参数及温度的影响

2.4.1

主要参数2.4.2

温度对三极管的特性与参数的影响2.5

特殊三极管简介

2.5.1

光电三极管

2.5.2

光电耦合器本章重点半导体三极管的基本结构三极管的电流分配与放大作用三极管实现放大作用的内部及外部条件三极管的基本特性本章难点在放大区三极管具有基极电流控制集电极电流的特性三极管的开关特性用万用表判断三极管的类型、管脚及三极管质量的好坏第2章半导体三极管2.1

三极管的结构、符号及分类

2.1.1

三极管的结构与符号半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor,简称BJT）。

BJT是由两个PN结组成的。NPN型PNP型符号:

三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极2.1.2

三极管的分类按结构类型分为NPN型管和PNP型管按材料分为硅管和锗管按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管按工作频率分为高频管和低频管按其工作状态分为放大管和开关管2.1.3

三极管的外部结构常见三极管的外形结构图2/6/2023

半导体三极管的型号第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B2.2

三极管的电流分配与放大作用三极管实现放大作用的内部条件，制作时：基区做得很薄，且掺杂浓度低发射区的掺杂浓度高集电结面积大于发射结面积外部条件，即发射结正向偏置，集电结反向偏置

2/6/2023若在放大工作状态：发射结正偏：+UCE

－＋UBE－＋UCB－集电结反偏：由VBB保证由VCC、

VBB保证UCB=UCE-UBE>0共发射极接法c区b区e区

三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。2.2.1载流子的运动及各电极电流的形成1．BJT内部的载流子传输过程（1）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子，形成了扩散电流IEN

。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。所以发射极电流IE≈

IEN。（2）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以基极电流IB≈

IBN。大部分到达了集电区的边缘。

另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。

（3）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流ICN

。

动画演示2/6/20232．电流分配关系IE=IC+IB定义：(1)IC与IE之间的关系:所以:其值的大小约为0.9～0.99。

三个电极上的电流关系:联立以下两式：得：所以：得：令：2.2.2

电流放大作用

动画演示

在分析估算放大电路参数时取通常情况下，β=20～200。

综上：有一小IB就可以获得大IC，实现了小基极电流控制大集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。也证明了三极管是电流控制器件。当输入电压变化时，会引起输入电流(基极电流)的变化，在输出回路将引起集电极电流较大变化，该变化电流在集电极负载电阻

RC

上产生较大的电压输出。这样，三极管的电流放大作用就转化为电路的电压放大作用。2.2.3

电流分配关系的测试测试电路

三极管的三种接法：共射极、共集电极和共基极

三极管的三种电路

动画演示共发射极三极管各电极电流分配关系的测试电路

三极管电流分配关系的测试电路调RP，可测得IB、IC、IE，数据如表测试数据

数据分析

IB/mA-0.00400.010.020.030.040.050.06IC/mA0.0040.011.091.983.074.065.056.06IE/mA00.011.102.003.104.105.106.12IB、IC、IE测试数据满足基尔霍夫电流定律

IB、IC、IE的关系：IE=IB+ICIC、IB的关系：三极管的直流放大作用三极管的交流放大作用当IE=0时，即发射极开路，IC=-IB当IB=0时，即基极开路，IC=IE≠0

反向饱和电流ICBO

集电极—发射极的穿透电流ICEO

（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。2.3BJT的特性曲线（共发射极接法）2.3.1输入特性曲线

iB=f(uBE)

uCE=const（3）uCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。

（2）当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE

电压下，iB

减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V

2.3.2输出特性曲线iC=f(uCE)

iB=const

（1）当uCE=0

V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE↑→Ic

↑

。

（3）当uCE

＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。

现以iB=60uA一条加以说明。

动画演示饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE＜0.7

V。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——

曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。该区中有：饱和区放大区截止区输出特性曲线可以分为三个区域:2.4三极管的主要参数及温度的影响（2）共基极电流放大系数：

iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之间2.31.5（1）共发射极电流放大系数：1.电流放大系数

动画演示

（2）集电极发射极间的穿透电流ICEO

基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。

（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。++ICBOecbICEO2.极间反向电流

3.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PC=ICUCE

PCM<PCMIc增加时，要下降。当值下降到线性放大区值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。UBEICEO变T变IC变2.4.2

温度对三极管的特性与参数的影响温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCE总的效果是：原因：温度升高，本征激发产生的载流子浓度增大，少子增多，所以ICBO增加，导致ICEO增大，从而使输出特性曲线上移放大电路的图解分析法直流通路与交流通路静态分析近似估算法图解分析电路参数变化对Q点的影响动态分析截止失真饱和失真交流负载线最大不失真输出输出功率和功率三角形1.直流通路与交流通路静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变（直流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流 电源对公共端短路

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态：只考虑交流信号，即vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。直流通路TRRVb1b2bCCCCC++vovi电容Cb1和Cb2断开TRRVbCCC直流通路

即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc

、Rb

。交流通路TRRVvvb1b2bCCCCCio++vovi直流电源和耦合电容对交流相当于短路TRRbC+_+_vovi若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。

交流通路：能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc//RL和偏置电阻Rb

。2.静态分析(1)静态工作点的近似估算法已知硅管导通时VBE≈0.7V，锗管VBE≈0.2V以及=40，根据直流通路则有：Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路RbRCvoviCb1Cb2VCC++Re0.5K330K4K15V=50例：电路